变频电机与普通电机的比较

工频电机与变频电机的优缺点一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。 以下为变频器对电机的影响：1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电 动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波 PWM 型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波 分量为：2u+1 （u为调制比）。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝） 耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是 以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差 切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所 产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小， 如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要 增加 10%-20%。2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器，不少是采用 PWM 的控制方式。他的载波频率约为几千到 十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机 施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由 PWM 变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地 绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起 的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分 的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机 体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机 工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构 件的固有震动频率。4、电动机对频繁启动、制动的适应能力由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的 方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动 和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用 下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。5、低转速时的冷却问题首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所 引起的损耗较大。其次，普通异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次 方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转 矩输出。二、变频电动机的特点1、电磁设计对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性 能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在 临界转差率接近 1 时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑， 而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如 下：1）尽可能的减小定子和转子电阻，减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高 次谐波引起的铜耗增加。2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其 集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调 速范围内阻抗匹配的合理性。3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路 饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。 2、结构设计在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、 噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：1）绝缘等级，一般为 F 级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑 绝缘耐冲击电压的能力。2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高 其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。4）防止轴电流措施，对容量超过 160KW 电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易 产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用 时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。5）对恒功率变频电动机，当转速超过 3000/min 时，应采用耐高温的特殊润滑脂 以补偿轴承的温度升高。变频电机可在 0.1HZ-130HZ 范围长期运行。普通电机可在：2 极的为 20-65hz 范围长期运行。4 极的为 25-75hz 范围长期运行。6 极的为 30-85hz 范围长期运行。8 极的为 35-100hz 范围长期运行。（设备技术部 邵刚）